Новый метод получения наноэмульсий обещает совершить революцию в промышленности

Эмульсии широко используются при производстве косметики, лекарств и продуктов питания.

Эмульсии широко используются при производстве косметики, лекарств и продуктов питания.
Фото Bru-nO/pixabay.com.

Примером эмульсии может служить обычное молоко.

Примером эмульсии может служить обычное молоко.
Фото Global Look Press.

Эмульсии широко используются при производстве косметики, лекарств и продуктов питания.
Примером эмульсии может служить обычное молоко.

Химическая, пищевая, фармацевтическая и многие другие отрасли могут измениться благодаря новому методу получения эмульсий с наномасштабными каплями. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials and Interfaces группой во главе с Сушантом Анандом (Sushant Anand).

Напомним, что эмульсией называется смесь двух жидкостей, когда капли одной из них распределены в толще другой. Например, таким образом в молоке микроскопические частицы молочного жира взвешены в водной среде.

Эмульсии широко используются при производстве косметики, лекарств, продуктов питания и так далее. При этом самые многообещающие технологии связаны с системами, в которых размеры капель составляют всего лишь сотни нанометров.

"Нанотехнологии играют огромную роль в решении многих проблем в наше время. В качестве примера возьмём эмульсии на основе масла и воды. Переход к наноразмерным каплям может существенно повлиять на срок хранения многих продуктов на основе эмульсий, таких как косметика, продукты питания, лекарства и многие другие [продукты] отраслей с оборотом в многие миллиарды долларов", – рассказывает Ананд в пресс-релизе исследования.

Однако есть одна неприятность: такие смеси нестабильны. Рано или поздно небольшие капли сливаются между собой, и смесь перестаёт быть эмульсией.

"Обычно для предотвращения слияния капель используются молекулы поверхностно-активных веществ. Но во многих случаях такие молекулы могут иметь побочные эффекты", – констатирует Ананд.

В предыдущей работе, опубликованной в журнале Nature Commincations, Ананд с коллегами показал, что этот метод годится и для создания наноэмульсий. Однако учёные не теряли надежды обойтись без потенциально вредных добавок.

Альтернативное решение связано с использованием наночастиц. Связываясь с поверхностью капель, они предотвращают их объединение. Так получаются так называемые эмульсии Пикеринга (Pickering emulsion).

Однако создать системы этого типа совсем не просто, когда капли соизмеримы с самими наночастицами.

"Создание таких эмульсий с наномасштабными каплями было большой проблемой на протяжении многих десятилетий", – говорит Ананд.

В новой работе учёные создали эмульсию Пикеринга с размером капель 100–400 нанометров. В качестве среды использовалось масло, а капли состояли из воды.

Примером эмульсии может служить обычное молоко.

Масло с добавкой наночастиц диоксида кремния охлаждалось ниже температуры конденсации воды и вступало в контакт с водяным паром. Получались нанокапли влаги, взвешенные в толще масла. Наночастицы сами собирались вокруг них и удерживали их от слияния.

Это не первая эмульсия Пикеринга с наноразмерными каплями в мировой науке, хотя достигнутые радиусы капель и являются одними из самых маленьких в практике создания подобных сред. Но у детища авторов есть очевидные преимущества.

Во-первых, продукт образуется в результате простого процесса конденсации воды и может быть получен буквально за минуты (в отличие от аналогов, изготовление которых требует долгой многоступенчатой процедуры). Во-вторых, исследователи добились результата, использовав в десять раз меньшую концентрацию наночастиц, чем у предшественников (всего 0,2% по массе). Наконец, авторы показали, как можно управлять размером капель, меняя параметры наночастиц.

"Наша техника масштабируема и потенциально может использоваться на промышленном уровне. Мы показали, что она обладает высокой энергоэффективностью по сравнению с современными технологиями получения эмульсий", – перечисляет Ананд другие достоинства разработки.

Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) неоднократно писали о других применениях наночастиц. Например, мы рассказывали, как они могут быть использованы для борьбы с раком, создания материалов-хамелеонов и 3D-принтеров. Впрочем, говорили мы и о том, что эти незаменимые помощники не так уж безобидны. Вредными оказались наночастицы серебра, оксидов титана и цинка, причём с последними связана опасность некоторых типов консервных банок.